P4_30_06_07

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P4 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 30/06/07 
 
Nome: 
Nº de Matrícula: Turma: 
Assinatura: 
Questão Valor Grau Revisão 
1a 2,5 
2a 2,5 
3a 2,5 
4a 2,5 
Total 10,0 
Constantes e equações: 
R = 0,082 atm L mol-1 K-1 = 8,314 J mol-1 K-1 
1 atm L = 101,325 J 
�G = �Go + R T ln Q 
�Go = �Ho - T�So
Kp = Kc(RT)�n
v = k[A]n [B]m
[A] = [A]0 – kt
kt
[A]
1
[A]
1
0
+=
kt
[A]
[A] ln
0
�=��
�
�
��
	
1a Questão 
 
O iodeto de alumínio, AlI3, pode ser formado pelo aquecimento de alumínio na 
presença de iodo, de acordo com a reação: 
 
2Al(s) + 3I2(s) � 2AlI3(s) 
 
Considere as informações da tabela abaixo referente a três diferentes 
experimentos denominados A, B e C e responda as questões abaixo. 
 
Quantidades iniciais Quantidade final Experimento 
Al I2 All3
A ? 5 kg ?
B 5 kg ? ?
C ? ? 150 mol 
a) Calcule a quantidade máxima formada de produto, em mol, no experimento A 
sabendo que o I2 é o reagente limitante. 
 
b) Calcule a quantidade de I2, em mol, que reage estequiometricamente, no 
experimento B sabendo que o rendimento da reação é de 90%. 
 
c) Uma quantidade de 5 kg de uma amostra de Al contendo impurezas foi 
utilizada para realizar o experimento C. Calcule a pureza do alumínio 
considerando que o I2 está em excesso e que todo o alumínio reage. 
 
Resolução:
2Al(s) + 3I2(s) � 2AlI3(s) 
 
a) 
1
AlI
1
I
1
AlAlI
mol g407,07MM
mol g253MM
mol g27MM?n
3
2
3
�
�
�
=
=
==
3I2 : 2All3
5000 g I2� x mol = 19,76 mol I2� y mol All3
759 g � 3 mol 3 mol I2 � 2 mol All3
b) 5000 g Al� z mol = 185 mol 
27g � 1 mol 2 mol Al � 2 mol All3(s) 
 t = 185 �� 100% 
166,5 = w �� 90% 
166,5 mol All3 �� u mol I2 =
� 3 mol I2
13,17 mol
249,75 mol
2 mol All3 �
c) 185 mol Al �� 185mol All3
150 mol Al �� 150 
185 �� 100% 
150�� 81%
Al� t mol All3
2a Questão 
 
O Tetróxido de dinitrogênio, N2O4, é um gás incolor que pode se dissociar em 
NO2, um gás de cor de marrom. 
 
N2O4(g) 2NO2(g) Kc = 4,61 x 10-3 a 25oC
a) Qual é a tendência da cor (incolor ou marrom) da mistura quando a temperatura 
é aumentada? Sabe - que a reação é endotérmica. 
b) Qual é a percentagem de dissociação do N2O4, quando uma amostra de 0,0240 
mol deste gás é colocada em um recipiente de 0,372 L a 25oC? 
c) Considere o sistema representado na figura abaixo: 
 
Inicialmente o sistema contém as quantidades indicadas na figura para a mistura 
de N2O4 e NO2 que se encontram no frasco A. Calcule a concentração de cada 
um dos componentes, em mol L-1, na mistura dos gases após a válvula de 
conexão entre os dois frascos ser aberta e um novo equilíbrio ser estabelecido. 
A B
Resolução:
a) Quando a temperatura do sistema reacional se eleva, o equilíbrio se desloca do 
sentido da absorção do calor. Numa reação endotérmica, o calor é absorvido 
como reagente para se converter nos produtos; então a elevação de temperatura 
provoca o deslocamento do equilíbrio para a direita, no sentido dos produtos, e a 
constante de equilíbrio, K, aumenta. Logo, a cor do sistema ficará com um marrom 
mais escuro, devido a uma presença maior do NO2(g). 
 
b) Observando a equação de equilíbrio, e utilizando o número de mol inicial do 
N2O4, o volume onde ele estará contido, e a constante de equilíbrio, Kc, podemos 
calcular a percentagem de dissociação do N2O4.
0
0,372L
0,0240mol início
(g)2NO (g)ON 242
Variação -x +x 
Equilíbrio 0,0645 – x 2x 
 
0,0081
8
0,06910,00461
8
0,004770,00461x
8
0,0047520,00002130,00461
2a
4acbbx
00,0002970,00461x4x
4,61x10
x0,0645
(2x)
]O[N
][NOK
2
2
3
2
42
2
2
c
=
±�
=
±�
=
+±�
=
�±�
=
=�+
=
�
== �
0,0081 corresponde a 12,6% da quantidade inicial de 0,0645. Logo 12,6% é a 
percentagem de dissociação do N2O4. 
c) Utilizando o mesmo raciocínio do item (b) nos podemos calcular a concentração 
do N2O4 e NO2 no novo equilíbrio. Observe que a reação irá para a direita (o 
aumento do volume provoca deslocamento do equilíbrio no sentido em que há 
aumento do número de mol dos gases). 
 
N2O4(g) 2NO2(g) 
 
0,00946x
8
0,018080,08181)(0,08181
2a
4acbbx
00,001130,081814x
4,61x10
x)(0,324
2x)(0,0193
]O[N
][NOK
x20,0193 x0,324 equilíbrio
 x2xvariação
3L
0,0580mol
3L
0,971mol início
22
2
3
2
42
2
2
C
=
+±�
=
�±�
=
=�+
=
�
+
==
+�
+�
�
Logo as concentrações no equilíbrio dos componentes da reação, são: 
[N2O4] = 0,324 - x = 0,324 - 0,00946 = 0,315 mol L-1 
[NO2] = 0,0193 + 2 (0,00946) = 0,0382 mol L-1 
3a Questão 
 
Considere as duas reações abaixo para a obtenção de metanol, CH3OH, e os 
dados termodinâmicos mostrados na tabela: 
CH3Cl(g) + H2O(g) � CH3OH(g) + HCl(g) (Reação 1) 
CO(g) + 2H2(g) � CH3OH(g) (Reação 2) 
 
Substância �Hof (kJ mol-1) Sof (J K-1 mol-1)
CH3Cl(g) -83,70 234,0 
H2O(g) -241,8 189,0 
CH3OH(g) -201,2 238,0 
HCl(g) -92,30 187,0 
CO(g) -110,5 198,0 
H2(g) ---- 131,0 
a) Faça uma previsão de qual dessas reações seria mais favorável para obtenção 
de metanol com base somente na variação de entropia e justifique com cálculos. 
b) Qual dessas reações seria mais favorável para a obtenção de metanol 
considerando somente a variação de entalpia? Justifique com cálculos. 
c) Qual dessas reações seria mais favorável para a produção de metanol 
considerando a espontaneidade da reação a 25 °C? 
d) Qual dessas reações seria mais favorecida pelo aumento da temperatura para 
obtenção de metanol? Justifique. 
 
Resolução:
Aguardando resolução. 
4ª Questão 
 
O metano, CH4, é um dos gases estufa mais abundantes na atmosfera. A principal 
via de remoção de CH4 da atmosfera é a sua reação com radicais hidroxila, •OH, 
indicada abaixo: 
 
CH4(g) + •OH(g) � •CH3(g) + H2O(g) 
 
a) Calcule a velocidade da reação a 263 K, quando as concentrações iniciais de 
•OH e CH4 são 1,5×10�18 mol L�1 e 4,0×10�8 mol L�1, respectivamente. Sabe-se 
que a reação é de primeira ordem em relação a cada um dos reagentes e k = 
1,77×106 L mol�1 s�1.
b) Quando a concentração de •OH é constante, a lei de velocidade desta reação 
em relação ao CH4 é v = k [CH4] e k = 2,6 x 10-12 s-1. Calcule o tempo, em anos, 
que levaria para a concentração de CH4 diminuir em 90%, considerando que a 
concentração inicial de CH4 é 4,0 x 10-8 mol L-1.
c) O que aconteceria com a energia de ativação e com a velocidade desta reação 
na presença de um catalisador? 
Resolução:
a) v = � k [OH][CH4] = � 1,77×106 ×1,5×10�18 ×4,0×10�8 = �1,06×10�19 mol L�1 s�1
b) [ ][ ]
[ ]
[ ] t2,66x10CH
CH0,1
ln tk
CH
CHln 12
04
04
04
4 ��=��
�
�
��
	
��=��
�
�
��
	
 �
�2,3 = �2,66×10�12 × t t =8,7×1011 s = 28×103 anos 
 
c) A energia de ativação diminuiria e a velocidade da reação aumentaria. 
 
	�
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